Ru团簇对Ni/Ni_(3)Al合金纳米线形变影响的原子模拟

镍基高温合金是制造先进航空发动机热端部件的关键材料之一,其高温力学性能直接关系到发动机运行安全和使用寿命.本文采用改进分析型嵌入原子模型(MAEAM)和分子动力学(MD)研究合金化元素钌(Ru)团簇对Ni/Ni_(3)Al纳米线形变机制的影响,结果表明:在单轴拉伸应变下,纳米线的弹性模量和屈服强度随温度升高而降低.温度较低时,纳米线形变由位错产生与发射而导致晶格滑移所引起.由于晶格热振动非谐效应不明显,Ru团簇阻碍效果显著,使得晶格滑移区域仅限于Ru团簇与Ni/Ni_(3)Al相界面之间且呈非对称分布.温度较高时,纳米线的形变由位错发射而引起晶格滑移所致,但因非谐效应显著,Ru团簇无法阻碍位错运动,滑移区域在Ru团簇周围对称分布于Ni_(3)Al相中.最后从Ru团簇微观结构及其稳定性的角度进一步分析其对纳米线形变影响.

定向凝固条件下Ti_(3)Al合金中梯度纳米结构的形成机制与力学行为——原子尺度研究

通过分子动力学(MD)模拟方法对Ti_(3)Al合金在定向凝固条件下的生长机理进行系统研究,并通过对比纳米晶(NG)、粗晶(CG)和梯度纳米晶(GNG)合金,研究Ti_(3)Al合金的结构力学性能。结果表明,在凝固过程中Ti_(3)Al相优先生长为等轴晶组织,随后逐渐演变为柱状粒,并最终形成梯度纳米晶结构。此时,晶粒在与凝固方向平行的方向优先生长。此外,研究还发现,相较于NG和CG结构,GNG结构定向凝固合金具有更高的抗拉强度和更好的延展性。GNG结构不仅有效抑制了小晶粒区域的应变局域化和晶粒生长,而且促进了较大晶粒区域的位错形成,从而获得更好的力学性能。

Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂粉尘着火敏感性

为明确铝热剂反应的着火特性,利用最低着火温度(minimum ignition temperature,MIT)和最小点火能(minimum ignition energy,MIE)测试装置,结合TG-DSC方法对4种Al粉与Fe_(2)O_(3)质量比为1∶4,1∶3,1∶2,1∶1的层状和云状Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂进行了着火敏感性研究.结果表明,4种配比试样的粉尘层、粉尘云MIT均超出相关标准常规测试范围,在空气中质量比为1∶3铝热剂的反应触发温度为888℃,活化能为248.49 kJ/mol,说明铝热反应不容易触发;相同质量比的Al/Fe_(2)O_(3)粉尘云的MIE远高于粉尘层,层状MIE最低值为0.7 J,着火敏感性较强,这是因为Fe_(2)O_(3)在粉尘云状态的反应中充当惰化剂,而在粉尘层状态反应中为反应提供了活性氧自由基.

激光直接沉积成形Ni_(3)Al合金的微观组织及热处理研究

研究了激光直接沉积成形高硼Ni_(3)Al合金的微观组织及热处理对合金的影响。结果表明,激光沉积Ni_(3)Al合金组织主要由γ+γ'共晶相、γ'相和硼化物组成。固溶处理时,形状不规则的γ'相和硼化物发生固溶,但随着固溶温度的升高,合金组织中会有β-NiAl相析出;时效过程中,γ'相和硼化物会从基体相中重新析出,新生γ'相和硼化物更加细小、弥散。经过1080℃×4 h,AC+900℃×10 h,AC固溶时效处理后,合金不仅获得了细小弥散的γ'相和硼化物强化组织,且有效抑制了β-NiAl相析出,使得合金力学性能得到了很好的改善。

Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合纳米气凝胶材料耐高温性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)和六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)作为混合前驱体,环氧丙烷作为网络诱捕剂,在不添加螯合剂情况下,采用溶胶-凝胶工艺与CO_(2)超临界干燥法制备出了不同摩尔比的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶。对样品分别进行600℃、800℃、1000℃和1200℃热处理,并利用傅里叶红外光谱分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积分析仪、热重差热分析仪等仪器对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶的微观形貌、结构及热稳定性能进行表征。结果表明:当AlCl_(3)·6H_(2)O∶TEOS=8∶1时,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶样品在1000℃和1200℃热处理后的导热系数分别为0.0621 W/m·K和0.0803 W/m·K,在1000℃以上热处理后,孔径更加均匀,保留了较好的介孔结构;并且不同的热处理温度延缓了晶型转变,在常温和1200℃条件下,样品比表面积分别为617.14 m^(2)/g和102.9 m^(2)/g,为均匀的介孔结构(孔直径为8~32 nm),孔径低于常温下空气的平均自由程,在1200℃热处理后,样品总失重率为16.3%,具有较好的高温热稳定性。

调控五配位Al^(3+)含量制备高性能低温Sabatier反应催化剂

为了制备出高性能低温Sabatier反应Ru基催化剂,通过调控Al_(2)O_(3)载体中五配位Al^(3+)的含量(五配位Al^(3+)占Al物种的比例),实现对Ru基活性位点电子性质的调控。在此过程中,利用~(27)Al固体核磁共振(~(27)Al-NMR)检测Al_(2)O_(3)载体中五配位Al^(3+)的含量,借助X射线光电子能谱仪(XPS)和H_2程序升温还原(H_(2)-TPR)考察Ru基活性位点电子性质的调控效果,利用固定床反应器测试催化剂性能。结果表明,Al_(2)O_(3)载体中的五配位Al^(3+)可有效调控Ru基活性位点的电子性质,进而提升低温Sabatier反应Ru基催化剂性能。其中,以五配位Al^(3+)含量约为28.1%的Al_(2)O_(3)载体制备的Ru基催化剂,在低温区(<300℃)的CO_(2)转化率和CH_4选择性均可达90%以上。而且,在100 h的稳定性测试中,催化性能没有明显降低。

接力识别Al^(3+)及F^(-)的偶氮类荧光探针合成与应用

以6-氨基间甲酚和1-萘酚为原料,合成了2-(2-羟基-4-甲基苯偶氮)-1-萘酚(探针NA-M),通过^(1)HNMR、^(13)CNMR、FTIR、HRMS表征了其结构。测试了探针NA-M对Al^(3+)的选择性识别性能及其与Al^(3+)形成的络合物(NA-M+Al^(3+))对F^(-)的选择性识别性能,推测了探针NA-M与Al^(3+)和F^(-)间的作用机制。考察了探针NA-M在实际样品中的应用。结果表明,在pH=7.4、V(甲醇)∶V(N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸)=9∶1的溶剂中,探针NA-M与Al^(3+)在590 nm处发生显著的荧光增强作用,并对Al^(3+)的识别表现出高选择性、抗金属离子干扰性和良好的灵敏度(检测限为8.4×10^(-7)mol/L),Al^(3+)与探针NA-M形成了配位比为1∶2的NA-M+Al^(3+);NA-M+Al^(3+)在F^(-)加入后发生显著的荧光猝灭现象,F^(-)可以捕获NA-M+Al^(3+)中的Al^(3+),从而引起荧光变化。NA-M+Al^(3+)对F^(-)的识别也显示出高选择性和良好的抗其他阴离子干扰能力和灵敏度(检测限为9.5×10^(-7)mol/L);在体系pH为5~10时,探针NA-M识别Al^(3+)及F^(-)表现出良好的效果,交替加入Al^(3+)和F^(-)可引起其荧光强度的可逆变化,探针NA-M可以通过荧光信号的“关-开-关”转变,用于接力识别Al^(3+)和F^(-)。在实际样品的检测中,Al^(3+)的回收率在98.8%~107.0%之间,相对标准偏差(RSD)为2.6%~4.3%;F^(-)的回收率为97.8%~101.4%,RSD为1.4%~2.3%。

三维雕刻法制备定向结构Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片研究

本文以三维雕刻法和铝合金穿孔熔渗工艺制备了定向结构Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片,研究了不同定向孔直径对基片轴向导热系数和径向热膨胀系数的影响.微观形貌分析表明Si_(3)N_(4)陶瓷的烧结是主要包括聚团颗粒之间形成粘结和聚团颗粒内部生成β-Si_(3)N_(4)的过程,聚团颗粒尺寸是影响Si_(3)N_(4)陶瓷性能的主要因素.轴向热导率随着气孔尺寸增加呈增加趋势;气孔尺寸为0.8 mm时,Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片导热系数随着温度增加呈减小趋势,最高达到107.1 W·m^(-1)·k^(-1),径向热膨胀系数变化不大.

Al掺杂Fe_(2)(MoO_(4))_(3)的热致变色性能研究

通过溶胶凝胶法制备了单斜Fe_(2)(MoO_(4))_(3)到单斜Al_(2)(MoO_(4))_(3)固溶体系列的Fe_(2-x)Al_(x)(MoO_(4))_(3)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0)粉末样品。通过X射线衍射发现所有样品都具有相同的单斜相结构,没有发生相分离,成功做到不同比例下的Fe_(2-x)Al_(x)(MoO_(4))_(3)共存。单斜Fe_(2)(MoO_(4))_(3)的晶胞体积随铝含量增加而减小,这与Al^(3+)取代Fe^(3+)的进入有关。在600℃下烧制的x=1.6的组合物表现出最好的可逆热致变色性能。基于电荷转移机理的无机可逆热致变色材料具有随温度连续变色的特性,本研究将对钼酸盐基质中的发色团离子之间相互作用的理论机理进行解释,进一步提升新型热致变色材料的可控调节制备及应用。

Zr_(3)Al三轴拉伸变形的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究Zr_(3)Al三轴拉伸的力学行为和位错反应机制,比较分析不同变形温度和变形速率对Zr_(3)Al三轴方向上的应力应变关系及塑性变形行为的影响,为研究Zr_(3)Al力学性能提供理论参考。结果表明:在不同变形温度和不同应变速率下三轴方向上的拉伸变形机理相似;随着温度升高,会降低Zr_(3)Al的应力峰值和降低达到应力峰值时对应的应变量,使其抗拉强度降低,同时会加快变形所诱发的面心立方转变为密排六方结构的相变。在整个变形过程中,产生6种位错类型,主要位错类型是Other和1/6<112>类型位错。在300~1000 K的拉伸变形温度条件下,位错长度均随着变形量的增加先变长后减短,直至相对稳定。相比于1×10^(8)、2×10^(8)、5×10^(8)s^(-1)拉伸应变速率条件下,在拉伸应变速率为1×10^(9)s^(-1)时,Zr_(3)Al具有更高的抗拉强度。

硝酸四氨合铜对n-Al/MoO_(3)纳米铝热体系反应特性的影响

为了提高n-Al/MoO_(3)纳米铝热体系的增压能力,改善能量释放性能,合成了高能产气组分硝酸四氨合铜(TACN),并将TACN复合入n-Al/MoO_(3)体系中。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)技术研究了复合材料的形貌和微观结构。采用差示扫描量热仪-热重分析(DSC-TG)联用技术探讨了各体系的热反应路径。使用高速摄像机和密闭爆发器分析了纳米铝热体系的火焰增长与传播和压力输出特性,评估了TACN的加入对n-Al/MoO_(3)体系的能量释放速率和增压性能的影响。研究结果表明:n-Al/MoO_(3)体系中加入的TACN能够在铝热反应的温度前放热分解,有效活化纳米铝与金属氧化物间的界面,从而降低体系的初始反应峰温度。此外,TACN的加入显著增强了n-Al/MoO_(3)体系的能量释放和压力输出性能。当TACN的质量分数为6%时,n-Al/MoO_(3)体系的火焰增长速率和火焰传播速率分别增加了32%和30%,峰值压力和增压速率分别提高了26%和70%。综上所述,TACN可提升n-Al/MoO_(3)纳米铝热体系的压力输出,并调控体系的能量释放性能。

GPa级高压对Mg-3Al合金凝固组织及性能的影响

利用XRD、SEM、EDS研究了Mg-3Al合金在石墨型铸造(5℃水冷,1 atm(1.01325×105Pa))和高压凝固条件下(2、3 GPa)的凝固组织及性能。结果表明,Mg-3Al合金在不同凝固压力下均由α-Mg组成,但其组织形貌由石墨型铸造的等轴状转变为高压下的枝晶团状;GPa级高压能使Mg-3Al合金中更多的Al溶质固溶到α-Mg基体,同时也可以溶质原子的形式存在于枝晶间和晶界处发生偏聚现象。在3 GPa高压下Mg-3Al合金的抗压强度达到372 MPa,硬度达到46 HV,两者显著高于石墨型铸造Mg-3Al合金的356 MPa和41 HV。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

基于铝离子敏化牡丹提取物(丹皮酚)荧光法定量分析Al^(3+)的研究

饮用水是人体铝元素的主要摄入来源.微量铝离子可对人体健康造成很大危害.WHO(世界卫生组织)规定,饮用水中允许的最高铝离子浓度为200μg/L(7.41μmol/L).因此铝离子的高灵敏检测显得尤为重要.目前常用的铝离子检测方法存在操作麻烦,周期长等缺点,所以构建一种简便、快捷的铝离子检测方法尤为重要.丹皮酚是一种提取自牡丹皮的有机化合物,其与Al^(3+)结合后荧光会数倍增强.基于丹皮酚与铝离子结合产生荧光增强现象,建立了一种检测铝离子的荧光分析方法.此方法只需常温反应5 min,并且检测限为0.5μmol/L(线性范围:0~100μmol/L),构建的检测方法具有快速、低成本、简单、高特异性和高灵敏等优点,有很好的应用前景.

一种新型Al^(3+)荧光探针的合成及与DNA的相互作用

以2-羟基-1-萘甲醛、邻氨基苯甲醛为原料,设计合成了一种新型Schiff碱Al^(3+)荧光探针S,并通过1HNMR、^(13)CNMR、ESI-MS、IR对探针S进行结构表征。光谱实验结果表明,探针S在DMSO∶H_(2)O=4∶1(V/V)体系中,对Al^(3+)有良好的荧光和裸眼识别。Al^(3+)浓度在2.0~50μmol/L范围内,体系荧光强度呈现出良好的线性关系,检出限为0.033μmol/L,探针S与Al^(3+)形成1∶1的配合物。通过荧光光谱研究了荧光探针S-Al^(3+)配合物与DNA的相互作用,实验结果表明,探针S-Al^(3+)配合物对DNA的猝灭过程为动态猝灭,同时对不同温度下相互作用的结合点常数、结合位点数及热力学参数进行了计算,推断二者作用力的类型为疏水作用,作用方式为嵌插作用。

Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

基于新绿原酸的紫外吸收和电化学双信号响应的Al^(3+)分析新方法研究

目的 利用新绿原酸(NCGA)与Al^(3+)的相互作用,建立一种基于NCGA的紫外吸收和电化学双信号响应的Al^(3+)分析新方法。方法 基于NCGA与单壁碳纳米管(CNTs)之间的π-π堆积作用,构建了NCGA/CNTs/GC电极。利用差分脉冲(DPV)技术和修饰电极在+0.23 V的氧化电流的下降对Al^(3+)进行定量分析。基于NCGA对Al^(3+)在325 nm处的吸收降低同时伴随365 nm新峰生成的紫外光谱响应,并且在277和340 nm处出现等吸收点,利用365 nm和325nm处的吸光度值之比(A_(365)/A_(325))对Al^(3+)进行定量分析。结果 基于NCGA的分析方法对Al^(3+)的紫外吸收在0.1~100μmol·L^(-1)呈现出良好的线性关系,检测限为0.034μmol·L^(-1);基于NCGA的修饰电极对Al^(3+)的电流响应在0.01~0.1,0.1~10和10~100μmol·L^(-1)呈现良好的线性关系,检测限为0.45 nmol·L^(-1)。生理浓度的其他金属离子和生理活性物质对两种信号测定方法均无明显干扰。在NCGA的紫外分析方法和电化学分析方法下,大鼠血清的加标回收率分别为97.4%~101%(n=3)和98.5%~99.4%(n=3)。结论 本方法具有良好的线性、选择性和准确度,并被成功用于大鼠中Al^(3+)的准确定量。该方法有望应用于Al^(3+)相关的生理和病理事件研究。

基于罗丹明B类荧光探针的设计以及对Al^(3+)检测

印染废水中过高浓度的Al^(3+)不仅会破坏生态环境,而且还将危害人类健康。因此,对印染废水中Al^(3+)浓度的精准检测具有十分重要的研究意义。本文以罗丹明B、乙二胺和4-甲酰基-3-羟基苯甲酸为原料,合成了新型荧光探针RhB-AC,并利用高分辨质谱(HRMS)及核磁共振氢谱(1H NMR)对探针RhB-AC的分子结构进行了表征。探针RhB-AC在水中,由于光诱导的电子转移(Photoinduced electron transfer,PET)效应,其荧光发生猝灭。当与Al^(3+)作用后,PET效应被抑制,探针表现出很强的青绿色荧光。另外,该探针对Al^(3+)检测的速度快(3秒以内)、选择性好、灵敏度高(检测限为16 nM)。最后,该探针还能快速、定量检测实际印染废水中的Al^(3+)浓度。